合金元素的影響

為滿足使用上的需求，不銹鋼中常需要加入各種合金元素以改善材 料的性質，如耐蝕性、耐磨性、硬度、韌性等。然而各種合金元素的特 性不同，其所得的性質自然有所不同，以下就不銹鋼中主要的合金成分 的作用加以說明。

1. 碳：碳是影響鋼材機械性質最大的元素。碳含量的增加，可提高 不銹鋼的硬度及機械強度，但相對的，亦會降低鋼材的延展性、焊 接性與韌性。此外在沃斯田鐵化時，碳在基地的固溶量增加，可提 供良好的硬化能，以使基地在淬火時足以變態形成麻田散鐵加以硬 化，同時在回火時合金碳化物的析出，對鋼材可有二次硬化的效果。

碳含量高低對不銹鋼的組織及性質有相當大的影響。碳含量少除了硬化 效果降低，更可由相圖（如圖2-15）[36]發現鋼材會傾向在高溫產生δ-Fe，

低溫產生α-Fe 與Fe3C；碳為沃斯田鐵穩定化元素，因此隨著碳含量的 增加，相圖中沃斯田鐵的區域也慢慢的擴大，且將使固相線的溫度降 低，並導致沃斯田鐵在淬火、回火中的穩定性大幅提高，而於淬火時殘 留大量的沃斯田鐵，影響硬度和韌性，需要多次回火才能使其完全變 態。另外，碳含量很高時，易與鉻結合成碳化鉻析出，造成基地或局部 缺乏鉻，而降低不銹鋼的抗蝕性。

2. 鉻：鉻為不銹鋼中最不可或缺的元素，至少需含11wt%的鉻才能在表 面形成緻密的氧化膜，以避免被侵蝕，創造出不銹鋼的性質。鉻的添加 可增加鋼材在常溫及高溫下的硬化能和強度，尤其在高碳鋼材中更可提 高其耐磨性，但缺點則是有促進晶粒成長的趨勢。

考慮鉻在鐵碳合金系統中的影響（參考圖2-16）[37]，可明顯發現鉻的 添加使碳化物的種類增多了

M

C

M

C

因此相圖中ferrite 區域會趨於擴張，而沃斯田鐵區域則明顯縮小，並提 高了形成沃斯田鐵的臨界溫度。同時若鉻含量超過12wt%，則鋼材就必 須有最少含碳量的限制，否則將無法完全獲得可硬化的沃斯田鐵結構 [39]。

3. 鎳：鎳是沃斯田鐵穩定化元素，可阻止晶粒成長，增加高溫強度及耐

蝕性，接能改善韌性。此外，在低合金鋼中添加鎳，還可降低臨界冷卻 速率，而避免淬火時變形或產生裂縫。

4. 矽：矽為肥粒鐵穩定化元素，更是被廣泛使用的良好脫氧劑。矽的添 加可增加鋼材的強度、硬度及彈性限，更可增加液體金屬的流動性，使 易於鑄造。但當矽形成夾雜物時，將不利於焊接和切削加工性。

5. 鉬：鉬為肥粒鐵穩定化元素與極有效的硬化元素，可大幅提昇硬化 能，並降低殘留沃斯田鐵熱穩定性，使其在回火時變態成麻田散鐵，提 高強度及韌性。鉬可增加高溫強度和潛變強度，並有極佳阻止回火脆性 效果。此外，添加鉬還可增加對還原性腐蝕媒體的耐蝕性，但對氧化性 腐蝕劑則反而腐蝕得較嚴重，對氯化物和海水耐蝕性優良。

6. 錳：錳為沃斯田鐵穩定化元素，可幫助去氧（形成MnO）及減輕硫 的有害特性（形成MnS）。此外，添加錳還可提高強度、硬度及韌性，

但提升錳含量卻會有害於焊接性。

7. 鈷：估為沃斯田鐵穩定化元素，可增加高溫強度及潛變強度，同 時還可增加熱傳導率和減低摩擦係數。

8. 氮：氮為沃斯田鐵穩定化元素，可增加強度、硬度、細化晶粒並提高 切削性；但另一方面不好的影響增是會產生時效硬化，造成鋼材延性、

韌性下降。另外，有文獻[40]指出氮含量增加雖可增加強度硬度，但對 回火軟化抵抗性並無作用，且對於球化處理後的鋼材，會降低其耐蝕性。